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信号源实质上就是一个扫频示波器或合成信号源,并具有基本的调制功能。
现在是数字化时代,研发或其他人员对测量仪器是最基本的工具,测量仪技术指标上也不断提高。
如精度高、工作频带宽、误差小等。
能够满足不同层次用户的测试要求。
近几年,数字化仪器在迅速发展,我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器。
1.2信号发生器的基本介绍
信号发生器
signalgenerator
信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。
能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。
在工业、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
函数信号发生器的实现方法通常有以下几种:
(1)用分立元件组成的函数发生器:
通常是单函数发生器且频率不高,其工作不很稳定,不易调试。
(2)可以由晶体管、运放IC等通用器件制作,更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。
早期的函数信号发生器IC,如L8038、BA205、XR2207/2209等,它们的功能较少,精度不高,频率上限只有300kHz,无法产生更高频率的信号,调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者互相影响。
(3)利用单片集成芯片的函数发生器:
能产生多种波形,达到较高的频率,且易于调试。
鉴于此,美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038,它克服了
(2)中芯片的缺点,可以达到更高的技术指标,是上述芯片望尘莫及的。
MAX038频率高、精度好,因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。
在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上,MAX038都是优选的器件。
(4)利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器:
能产生任意波形并达到很高的频率。
但成本较高。
产生所需参数的电测试信号仪器。
按其信号波形分为四大类:
①正弦信号发生器。
主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。
按其不同性能和用途还可细分为低频(20赫至10兆赫)信号发生器、高频(100千赫至300兆赫)信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。
②函数(波形)信号发生器。
能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等)信号,频率范围可从几个微赫到几十兆赫。
除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于其他非电测量领域。
③脉冲信号发生器。
能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器,可用以测试线性系统的瞬态响应,或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
④随机信号发生器。
通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。
噪声信号发生器主要用途为:
在待测系统中引入一个随机信号,以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能;
外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数;
用随机信号代替正弦或脉冲信号,以测定系统动态特性等。
当用噪声信号进行相关函数测量时,若平均测量时间不够长,会出现统计性误差,可用伪随机信号来解决。
1.3设计任务及要求
【1】.用CMOS集成电路(CD4040)及RC元件,晶体振荡器32768HZ元件设计秒信号发生器电路。
【2】.认真查阅CD4040的相关资料及14级计数/分频/振荡电路的工作原理。
【3】.分析集成电路的结构及分频后的各种时钟信号,即输出频率为2048-2HZ的信号。
CD4069引脚功能图
第二章秒信号发生器的组成和设计电路
2.1秒信号发生器的组成
使用价格低廉的32768HZ晶体,配套CD4060电路,但是电压范围为3-18V,静态电流随电压提高而上升,在+5V供电时,静态电流约0.25-5uA,主要考虑的是在3.0V电池供电时的停振问题。
而HC4060电路工作电压可以低一些。
(本电路还可以输出其他标准频率的参考信号,印刷板上预留了5种频率输出信号的焊盘)。
2.2秒信号发生器的设计电路
秒信号发生器是利用CD4060和晶体振荡器两部分电路组成。
其中CD4060有两部分电路一部分是14级分频器,其最高分频数为2048HZ;
另一部分是由外电接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器;
振荡器输出14级分频后在输出端Q4、Q14得到所需脉冲。
由键盘输入所需要的延时时间,通过CD4060内部控制延时器所要求的延时时间。
当外触发信号输入时,外延电路,延时器开始计数,当达到所设定的时间时延时器停止工作,同时输出一个脉冲信号,触发电路开始工作,输出信号。
CD4060工作电路:
图一秒信号发生器设计电路图
检验电路是否工作,可测量CD4060的9脚有无振荡信号输出。
调整微调电容可校准振荡频率。
脉冲发生器是数字钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了数字钟的质量,通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。
如晶振为32768Hz,通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。
第三章CD4060的基本介绍及典型电路
3.1核心元件CD4060的基本介绍
CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成,振荡器的结构可以是RC或晶振电路,CR为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效。
所有的计数器位均为主从触发器。
在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。
在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
CD4060引脚图
图二CD4060引脚图
CD4060内部结构图
图三CD4060内部结构图
3.2CD4060典型应用电路
CD4060B典型振荡器连接
图四CD4060B典型振荡器
第四章秒信号发生器的安装调试
4.1器件的筛选检测
判断质量是否良好。
对于电路的集成器件CD4060、石英晶体振荡电路分立元件R、C及万用表的筛选,用测量电阻予以定性的检测筛选,其方法是:
用万用表测量石英晶体振荡器上的正、反向电阻值,正常均为无穷大,若测石英晶体振荡器有一定阻值或为0,则说明该石英晶体振荡器已漏电或击穿损坏。
4.2晶体及其负载匹配
晶振以高频率稳定性广泛应用于计算机、钟表等要求频率稳定性高的设备中。
其中主要参数有标称频率、负载电容、激励电平、工作温度范围及温度频差等。
其中以负载电容对其工作正常影响最大。
在实际使用中,许多人选择晶振时往往仅注意晶振的额定频率值,而忽视了晶振的负载电容大小。
所以即使在使用中选择了符合标称的晶振,但若果该晶振的负载电容与电路提供的电容不匹配,就会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏移,从而出现问题。
4.3调试出现的问题
只要安装无误,所有器件无质量问题,一般装好调试即可成功。
但本电路调试若出现问题:
输出脉冲偏移,且无论如何调试电容C1,都不能校准振荡频率,有时甚至整个电路停止工作。
为了找出问题所在先去掉CD4060的外围振荡元件R1C1C2及晶振电路,直接由信号发生器向CD4060提供一定频率的方波脉冲;
测试发现,电路工作情况,若电路工作良好,说明分频计数电路本身无问题,所以问题就可能出在晶体为核心的震荡电路上,然后对晶体振荡电路进行检测,找出问题所在。
第五章结束语
经过几周的制作我的课题——秒信号发生器已经做了出来,一开始感觉这样的东西挺简单的,只要找到资料就会很容易的制作出来,但当我真正的操作起来才发现还有好多的问题。
这次的课题设计还让我体会到了理论与实际相结合的重要性,如果你只注重理论学习而不去锻炼自己的实践经验,是永远不能把事情做好的,从理论中得出结论,用实践锻炼自己,这才是重要的。
同时这次的设计让我也学到了一些书本上没有的知识,提升了我独立思考能力。
还有就是让我熟练的对Protel99se、Multisim等软件的运用,总之这次设计让我深刻地学会了许多东西,也温习了许多以前的知识。
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